专题十-电化学原理.doc

专题十 电化学原理2
一、选择题(本题包括16个小题，每小题3分，共48分)
1．某学生设计一水果电池：他把一铁钉和碳棒用导线连接好，然后将铁钉和碳棒平行插入一新鲜西红柿中，再在导线中接一个灵敏电流计．据此下列叙述正确的是 (　　)
A．电流计指针不会发生偏转
B．金属铁会被腐蚀
C．碳棒作负极
D．铁表面有气体逸出
解析：该水果电池中，铁钉为负极，碳棒为正极，电流计指针会发生偏转，碳棒表面产生气泡．
答案：B
2．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如下图所示．关于该电池的叙述正确的是(　)

A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应为：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋
C．放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体 L
解析：微生物在高温下会因蛋白质变性而死亡，所以该电池不能在高温下工作；该燃料电池的原理
为：C6H12O6＋6O2===6CO2↑＋6H2O，根据总反应方程式可书写出电极反应方程式，负极为C6H12O6＋6H2O－24e－=6CO2↑＋24H＋，正极为6O2＋24e－＋24H＋===12H2O；从电极反应方程式显而易见，H＋应从负极移向正极；从总反应方程式可见，每生成1 mol CO2消耗1 mol O2.
答案：B
3．以硫酸铜溶液作电解液，对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼．下列叙述正确的是(　)
①粗铜与直流电源负极相连
②阴极发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu
③电路中每通过3.01×1023个电子，得到的精铜质量为16 g
④杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽形成阳极泥
A．①③　　　　　　　　B．②④ C．③④ D．②③
解析：粗铜作阳极，与电源正极相连；杂质Ag以单质的形式形成阳极泥．
答案：D
4．下列图示中关于铜电极的连接错误的是 (　　)

解析：镀件上镀铜时，铜应做阳极，与电源正极相连，镀件做阴极，与电源负极相连．
答案： C
5．如图所示，下列关于实验现象的描述正确的是 (　　)

a电极
b电极
X溶液
实验现象
A
石墨
石墨
CuCl2
a电极质量增加，b电极放出无色气体
B
Fe
石墨
KNO3
a电极质量增加，b电极放出无色气体
C
Fe
Cu
CuSO4
a电极质量增加，b电极质量减少
D
石墨
石墨
HCl
a电极放出无色气体，b电极放出无色气体

解析：这是一个电解装置，其中A、D选项中是惰性电极，且电解液都含有氯离子，所以b电极应
该放出淡黄绿色的气体(氯气)；B选项中的a电极质量不变；C选项中所组成的电解池相当于电镀池，其中b电极的铜溶解，质量减少，而a电极上析出铜，质量增加．
答案：C
6．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是 (　　)

A．装置①中阳极上析出红色固体
B．装置②的待镀铁制品应与电源正极相连
C．装置③中外电路电子由a极流向b极
D．装置④的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过
解析：本题考查原电池和电解池的应用．装置①阳极上Cl－放电，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，
A错；装置②待镀铁制品放电，发生还原反应Cu2＋＋2e－===Cu，与电源负极相连，B错；装置④的离子交换膜只允许阳离子自由通过，D错．
答案：C
7．当电解质溶液为氢氧化钾水溶液的氢氧燃料电池电解饱和碳酸钠溶液一段时间，假设电解时温度不变且用惰性电极，下列说法正确的是(　　)
A．当电池负极消耗m g气体时，电解池阳极同时有m g气体生成
B．电池的负极反应式为：O2＋2H2O＋4e－4OH－
C．电解后c(Na2CO3)不变，且溶液中有晶体析出
D．电池中c(KOH)不变；电池中溶液pH变大
解析：碱性氢氧燃料电池负极反应为：H2－2e－＋2OH－==2H2O，正极反应为O2＋4e－＋2H2O==4OH－，总反应式为2H2＋O2===2H2O，电解质KOH的物质的量不变，但因生成水使c(KOH)减小，pH变小，B、D错误；电解池阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，故电池负极消耗m g H2时，电解池阳极有8m g O2生成，A错误；电解饱和Na2CO3溶液，实际被电解的物质为水，故电解过程中会析出Na2CO3·10H2O晶体，但c (Na2CO3)不变，C正确．
答案：C
8．工业上利用氢气在氯气中燃烧，所得产物再溶于水的方法制盐酸，流程复杂且造成能量浪费。有
人设想利用原电池原理直接制备盐酸的同时，获取电能，假设这种想法可行，下列说法肯定错误的是（ ）
A．两极材料都用石墨，用稀盐酸作电解质溶液
B．通入氢气的电极为原电池的正极
C．电解质溶液中的阳离子向通氯气的电极移动
D．通氯气的电极的反应式为Cl2＋2e－===2Cl－
解析：由题可知总反应为H2＋Cl2===2HCl，H2发生氧化反应，通入H2的电极为原电池的负极，反
应为H2－2e－===2H＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－.原电池工作时电解质溶液中离子的移动方向是：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动．
答案：B

9．如图为电解饱和食盐水的简易装置，下列有关说法正确的是(　　)
A．电解一段时间后，往蛋壳中溶液中滴加几滴酚酞，呈红色
B．蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应
C．铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
D．蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触
解析：由图可知，蛋壳表面的铁丝为阴极，发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，碳棒为阳极，发生反应：
2Cl－－2e－===Cl2↑，故往蛋壳中滴加酚酞，溶液不会变红．铁丝为阴极，受到保护，附近H＋发生还原反应，故选D.
答案：D
10．镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用．已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，
其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法不正确的是 (　　)
A．放电时化学能不能全部转化为电能
B．放电时Cd为该电池的负极，充电时这一端应接直流电源的正极
C．放电时该电池的正极反应为：
NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
D．充电时，阴极反应为：Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－
解析：放电时并不能把化学能全部转化为电能，只能部分转化成电能．放电时发生原电池反应，Cd
失去电子被氧化，做负极，充电时，这一端发生还原反应，应接直流电源的负极，B错误．
答案：B
11．用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水(含Cl－、Br－、Na＋、Mg2＋)的装置如下图所示(a、b为石墨电极)．下
列说法中，正确的是 (　　)

A．电池工作时，正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．电解时，a电极周围首先放电的是Br－而不是Cl－，说明当其他条件相同时前者的还原性强于后者
C．电解时，电子流动路径是：负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极
D．忽略能量损耗，当电池中消耗0.02 g H2时，b极周围会产生0.04 g H2
解析：A项中正极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O；电解时，a电极与原电池正极相连，为电解
池的阳极，由于Br－的还原性强于Cl－，因此Br－先放电，B正确；C项中，在电解池内部，溶液是通过阴阳离子的定向移动导电；在整个闭合电路中，转移的电子的物质的量相等，D选项错误．
答案：B
12．按如下图所示装置进行实验(其中C1、C2均是石墨电极)，下列说法中错误的是(　　)

A．甲池中，Cu极上有气泡放出
B．发现a点附近显红色
C．在C1、C2电极上所产生气体的体积比为2∶1
D．乙池溶液的pH减小
解析：依题意，甲池为原电池，乙池为电解池，甲中锌极为负极，铜极为正极，锌失去电子，H＋
在铜极得到电子析出氢气，A正确；浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸相当于电解池，a极为阴极，b极为阳极，电解饱和食盐水，在阴极区生成氢氧化钠，滤纸变红色，B正确；乙装置中，C1为阳极，C2为阴极，电解稀硫酸相当于电解水，在C1极产生氧气，在C2极产生氢气，体积比为1∶2，C错误；电解过程中，乙中硫酸浓度增大，pH减小，D正确．
答案：C
13．一种由甲醇、氧气和强碱溶液(作电解质)组成的新型手机电池，可持续使用一个月，其电池反应
为：2CH3OH＋3O2＋4OH－2CO＋6H2O，则有关说法正确的是 (　　)
A．放电时CH3OH参与反应的电极为正极
B．放电时负极的电极反应为CH3OH＋8OH－―→CO＋6H2O＋6e－
C．标准状况下，通入5.6 L O2并完全反应后，有0.5 mol电子转移
D．放电一段时间后，通入氧气的电极附近溶液的pH降低
解析：A项中放电时为原电池反应，CH3OH失电子被氧化，该电极为负极；C项中5.6 L O2完全反
应，应转移电子×4＝1 mol；D项中氧气得电子与水反应生成OH－，pH升高．
答案：B
14． 2008年10月8日，瑞典皇家科学院宣布美籍华裔科学家钱永健获得2008年度诺贝尔化学奖．少
年时代，他就对化学产生了浓厚的兴趣。16岁时，他凭借一个金属易受硫氰酸盐腐蚀的调查项目，荣获具有“少年诺贝尔奖”之称的著名奖项。下列说法正确的是(　　)
A．金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程
B．将水库中的水闸(钢板)与外加直接电源的负极相连，正极连接到一块废铁上可防止水闸被腐蚀
C．由原电池原理知所有的合金都比纯金属更易被腐蚀
D．铜板上的铁铆钉处在潮湿的空气中发生：Fe－3e－===Fe3＋，从而形成铁锈，但此过程铜不被腐蚀
解析：A项，金属腐蚀是金属失去电子被氧化的过程；B项，水闸作电解池的阴极，根据电解原理
可知水闸被保护；C项，有些合金(如不锈钢)由于金属的内部组织结构被改变而比纯金属更难被腐蚀；D项，铁在潮湿空气中发生吸氧腐蚀时，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋。
答案：B
15．按如图所示装置进行下列不同的操作，其中不正确的是 (　　)

A．铁腐蚀的速度由大到小的顺序是：只接通K1>只闭合K3>都断开>只闭合K2
B．只接通K1，一段时间后，U形管中出现白色沉淀
C．只接通K2，U形管左、右两端液面均下降
D．先只接通K1，一段时间后，漏斗液面上升，然后再只接通K2，漏斗液面下降
解析只闭合K1，铁作阳极电解氯化钠溶液，铁失电子生成Fe2＋，H2O在阴极得电子生成H2和OH
－，Fe2＋和OH－扩散到U形管底部相遇生成白色氢氧化亚铁沉淀，B项正确．只接通K2，铁作阴极，不能失电子，阴极生成氢气，石墨电极上生成氯气，C项正确．综上分析只接通K1铁腐蚀速率最快；只闭合K3，形成原电池，铁腐蚀的速率次之；都断开时铁自然腐蚀；而只接通K2时铁作阴极被保护，腐蚀速率最慢，故A项正确．
答案：D
16．LiFePO4新型锂离子动力电池以其独特的优势成为奥运会绿色能源的新宠．已知该电池放电时的
电极反应式为：正极FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4，负极Li－e－===Li＋.下列说法中正确的是(　　)
A．充电时的总反应为FePO4＋Li===LiFePO4
B．充电时动力电池上标注“＋”的电极应与外接电源的正极相连
C．放电时电池内部Li＋向负极移动
D．放电时，在正极上是Li＋得电子被还原
解析：放电时，＋3价铁在正极得电子被还原为＋2价铁，Li在负极失电子生成Li＋，Li＋向正极移
动，C、D不正确．充电时的总反应为LiFePO4===FePO4＋Li，A不正确．电池的正极在充电时作阳极，与外接电源的正极相连，B正确．
答案：B
二、非选择题(本题包括6个小题，共52分)
17．(6分)某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案．请
你帮助他们完成有关实验项目：
方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性．该原理的离子方程式为
________________________________________________________________________.
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性．试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式．

正极反应式：____________________________________________________.
负极反应式：_________________________________________________________.
方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：______________________，用离子方程式表示其反应原理：_____________________________________________________________.
解析：方案Ⅰ：铁与酸反应而铜与酸不反应．
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
方案Ⅱ：设计原电池时以铁、铜为电极，电解质溶液应能与电极反应，实验现象应比较明显．
方案Ⅲ：设计简单实验时注意原理与方案Ⅰ及方案Ⅱ的原理不同，且现象明显，操作简单．
答案：Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
Ⅱ：

正极：2H＋＋2e－===H2↑
负极：Fe－2e－===Fe2＋
Ⅲ：将铁片置于CuSO4溶液中，一段时间后观察Fe表面是否有金属铜析出
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
18．(8分)在如图所示的装置中，若通入直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g，试回答：

(1)电源电极X名称为______________．
(2)pH变化：A__________，B__________，C_______________.
(填“增大”“减小”或“不变”)
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL气体(标准状况)，溶液体积为200 mL.则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为______________(设电解前后溶液体积无变化)．
(4)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为____________(设电解前后溶液体积无变化)．
解析：(1)C装置的铜电极质量增加，说明铜极上有金属析出，即溶液中的银离子被还原生成银单质故铜极为阴极，由此可确定X极为负极．
(2)A装置电解KCl溶液，生成氢气、氯气和氢氧化钾．B装置生成Cu、O2和H2SO4，溶液中氢离子浓度增大．C装置阴极析出银单质，阳极上的银失去电子变成银离子，理论上溶液的物质的量浓度不变．
(3)B装置两极上电子转移的数目与C装置中转移的电子数目相同．C装置中转移的电子为＝0.02 mol.经判断，B装置两极上的反应为：
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
根据题意可得：
2n(H2)＋2n(Cu)＝4n(O2)＝0.02 mol，
n(H2)＋n(O2)＝，
解得n(Cu)＝0.005 mol，CuSO4溶液的物质的量浓度为：0.005 mol/0.2 L＝0.025 mol/L
(4)A装置的反应为：
2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑
即反应中电子转移的物质的量与生成的氢氧根离子的物质的量相等，为0.02 mol.
c(OH－)＝＝0.1 mol/L，
故pH＝13.
答案：(1)负极　(2)增大　减小　不变　(3)0.025 mol/L
(4)13
19．(9分)Zn－MnO2干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2－NH4Cl混合溶液．
(1)该电池的负极材料是________．电池工作时，电子流向________填“正极”或“负极”)．
(2)若ZnCl2－NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是___________________________________________________________________.欲除去Cu2＋，最好选用下列试剂中的________(填代号)．
a．NaOH　b．Zn　c．Fe　d．NH3·H2O
(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO4溶液．阴极的电极反应式是
________________________________________________________________若电解电路中
通过2 mol电子，MnO2的理论产量为________g.
解析：(1)原电池的负极是发生氧化反应的一极：Zn－2e－===Zn2＋；电池工作时，电子是从负极流向正极．
(2)Zn与Cu2＋发生氧化还原反应，生成的Cu附着在Zn的表面构成铜锌原电池，加快反应速率，从而加快Zn的腐蚀．
(3)电解池的阴极是发生还原反应的一极：2H＋＋2e－===H2↑；每生成1 mol MnO2需转移2 mol电子，故每通过2 mol电子，理论上生成1 mol MnO2，质量为87 g.
答案：(1)Zn(或锌)　正极
(2)锌与还原出的铜构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀　b
(3)2H＋＋2e－===H2↑　87
20．(9分)观察图A、B、C，回答下列问题：

(1)把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察到锌片上有气泡，再平行插入一块铜片，可观察到铜片____________(填“有”或“没有”)气泡产生．再用导线把锌片和铜片连接起来(见图A)，组成一个原电池，负极为________，正极的电极反应式为__________________________．
(2)如果烧杯中最初装入的是2 mol/L 500 mL的稀硫酸溶液，构成铜锌原电池(见图B，假设产生的气体没有损失)，当在标准状况下收集到11.2 L 的氢气时，则此时烧杯内溶液中溶质的物质的量浓度分别为(溶液体积变化忽略不计)__________、__________.
(3)如果电极材料分别是铁片和石墨并进行连接，插入氯化钠溶液中(见图C)，放置数天后，主要发生__________________________________________________
电化学腐蚀，写出正极的电极反应式________________________________．
(4)生活中利用原电池原理生产了各种各样的电池，废电池必须进行集中处理的问题已被提到议事日程，其最主要原因是________．
A．回收利用电池外壳的金属
B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤、水源的污染
C．防止电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D．回收其中的石墨电极
解析：铁跟碳相连接插入食盐水中，由于食盐水显中性，且食盐水必定会溶解有少量氧气，所以会发生吸氧腐蚀．
答案：(1)没有　锌
2H＋＋2e－===H2↑
(2)c(H2SO4)＝1 mol/L
c(ZnSO4)＝1 mol/L
(3)吸氧　O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(4)B
21．(8分) Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器．该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4—SOCl2.电池的总反应可表示为：4Li＋2SOCl2 ===4LiCl ＋S ＋SO2.
请回答下列问题：
(1)电池的负极材料为__________，发生的电极反应为__________________；
(2)电池正极发生的电极反应为_____________________________________；
(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成．如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是___________________________________，
反应的化学方程式为________________________________________________
____________________________
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
解析：分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂，SOCl2为氧化剂．
(1)负极材料为Li(还原剂)，电极反应为Li－e－=== Li＋.
(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋ 4 e－=== 4Cl－＋ S ＋ SO2.
(3)题中给出有碱液吸收时的产物，则没有碱液吸收时的产物应为SO2和HCl，所以SOCl2与水反应的现象应该为出现白雾和有刺激性气体生成．
(4)因为构成电池的两个主要成分中Li能和氧气、水反应，SOCl2也与水反应．
答案：(1)锂　Li－e－===Li＋
(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2
(3)出现白雾，有刺激性气体生成
SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑
(4)锂是活泼金属，易与H2O、O2反应；SOCl2也可与水反应
22．(12分)如图，pq为直流电源两极，A为＋2价金属单质X制成，B、C、D为铂电极，接通电源，金属X沉积于B极，同时C、D产生气泡．试回答：

(1)p为________极，A极发生了________反应．
(2)C为_______极，试管里收集到的气体是________；D为_______极，试管里收集到的气体是________．
(3)C极的电极方程式是____________________________________________．
(4)在电解过程中，测得的C、D两极上产生的气体的实验数据如下：
　　　时间(min)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
阴极生成气体
体积(cm3)
6
12
20
29
39
49
59
69
79
89
阳极生成气体
2
4
7
11
16
21
26
31
36
41
体积(cm3)

仔细分析以上实验数据，请说出可能的原因是_____________________________
____________________________________________________________________.
(5)当反应进行一段时间后，A、B电极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)．
(6)当电路中通过0.004 mol电子时，B电极上沉积金属X为0.128 g，则此金属的摩尔质量为________．
解析：(1)接通电源，X沉积于B极，说明B为阴极，则A为阳极，故(1)中q为负极，p为正极，A上发生氧化反应．
(2)H2SO4电解池中，C为阳极，C试管内得O2，D为阴极，此试管内得H2.
(4)C、D两极所得O2、H2体积比应该为1∶2，但实验数据由1∶3随时间变化而增大，到达10分钟时约为1∶2，因为开始O2溶解于溶液中．
(5)A极：X－2e－===X2＋.
B极：X2＋＋2e－===X，两极附近pH不变．
(6)设X的摩尔质量为M g/mol，则
X2＋＋　2e－　===　　X
2 mol M g
0.004 mol 0.128 g
得M＝64.
答案：(1)正　氧化　(2)阳　氧气　阴　氢气
(3)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
(4)开始时C、D两极气体体积比为1∶3,10分钟时约为1∶2，说明开始时氧气溶解于溶液中
(5)不变　(6)64 g/mol